氧化锌的理化性能对金属氧化物电阻片电性能的影响

刘杰峰

抚顺电瓷制造有限公司 辽宁抚顺 113001

1 试验用氧化锌原料

压敏电阻行业电阻片的氧化锌通常是基于JB/T9670金属氧化物避雷器阀门的氧化锌。在对金属氧化物的电阻片内氧化锌原料所含金属锌成分进行定性分析的时候，我们可以采用蒽醌显色法。这种方法不仅操作更简单，而且相比于盐酸溶解这种传统方法，它能更加明显的直观反应现象，更有利于做出准确判断。在对氧化锌压敏电阻的电性能影响因素分析中，我们知道不同的杂质元素，其影响程度是不一样的[1]。其中Cu、Fe等杂质元素对压敏电阻的电气性能影响最大，应该严格控制这类物质的含量。在国家标准JB/T9670中，对避雷器阀片中金属氧化物的氧化锌元素杂质含量标准要求中，对一些杂质含量的要求范围过宽，有些指标规定不能满足生产实际需求，需科学合理的修改。此外，选用具有代表性不同氧化锌的四个生产厂家。

2 试验结果与讨论

2.1 试验结果

A厂家氧化锌按技术要求验收，属合格品。生产使用后，氧化锌呈柱状或近似球状。对造粒料的试验结果进行技术分析，其结论满足技术条件要求，电阻片的质量状态表现稳定，没有出现异常现象。氧化锌的晶体结构呈现出雪花状的时候，此时造粒浆料粘度较大，按照生产工艺的正常要求，要让造粒浆料分散，就要把分散剂的用量增大。按技术要求对B厂家提供的氧化锌质量进行验收，结论也为合格，在生产车间投料生产后造粒料也是正常的。但电阻片方波性能较差，直径小于45mm的电阻片方波可通过，但直径大于45mm的电阻片方波性能较差，尤其是60mm直径的电阻片，只能通过600A的方波。C厂家提供的氧化锌也符合验收技术标准要求。但投入生产后，其对电阻片的性能影响并不明显。D厂家的氧化锌也是满足技术要求的，但Cu含量（质量分数）为2*10-6，比其他厂家大1*10-6。电阻片在车间使用后，其残压较大。

2.2 结果分析

由A、B、C、D厂家的分析数据可知，电阻片用氧化锌的主含量必须大于99.70%，K、Na的含量控制在5*10-6以下，Fe的含量控制在10*10-6以下，可满足生产使用。使用A厂家的氧化锌材料进行生产造粒时，当氧化锌的晶体结构呈现出雪花状的时候，造粒浆料粘度太大，必须要加入分散剂，才能满足正产生产工艺要求，使造粒浆料分散。分别对同一厂家的正常、异常氧化锌进行封样，电镜下观察发现氧化锌的晶体结构为短柱状或接近球状的氧化锌，符合生产技术标准要求，能满足正常生产需要，氧化锌浆料的粘度与原料颗粒的形态有很多的关系，雪花晶体结构下粘度太大，需要加入大量分散剂，增加了有机物的使用量。电阻片生产中有机物的加入量越少，排胶残渣就少，其电阻片的性能就越好。当氧化锌晶体近似为球状，或者是短柱状结构时使用效果最佳[2]。再看氧化锌中的Pb含量，除B厂家外，其他三个厂家氧化锌的Pb含量都低于30*1O-6，而B厂家的氧化锌，其Pb含有量比另外三个厂家的都要高。氧化锌粉内杂质含有量与锌锭的杂质含量有直接的关系。所以，控制锌锭的来源、规格和质量是制备各种工业用高纯锌粉的关键。通过现场检查氧化锌厂家时发现，高级纯氧化锌的生产必须使用0号锌锭。如果氧化锌内超过30*1O-6的Pb含量时，则原料锌锭就不是0号。电子级氧化锌就要求必须使用0号锌锭生产，Pb含量要小于30*1O-6，才能满足正常生产要求。C厂家的氧化锌内镉的含量是12*1O-6，然而氧化锌中镉的含量通常低于6*1O-6，使用后电阻片电气性能没有变化，因此含量要适当放宽，Cd含量一般控制在10*1O-6以下。D厂家Cu含量为2*1O-6，其他三个厂家Cu含量为1*1O-6，D厂家氧化锌投产后，电阻片残压比高于正常值，而其他三个厂家电阻片残压比都正常。因此，氧化锌中Cu的含量为l*1O-6，符合生产要求。

用盐酸溶解法对氧化锌内金属锌进行试验分析，这种方法盐酸用量大，而且观察结果时不好识别，并且对环境有一定的污染，受人为影响干扰因素多。如果用蒽醌显色法测试，就能很好的观察试验结果，易于识别金属锌的存在状态。金属锌以及其它杂质会对电阻片的电性能造成不良影响，所以一定要控制好氧化锌含量[3]。杂质的引入也要重视，主要是钙、镁、钠，以及钾离子含量偏高；生产中的工具、设备也会引入铁杂质，尤其是在在异常运行情况下，会发生机械摩擦，导致铁屑进入料中，如黑料搅拌磨、高搅磨、低速搅磨等。造粒设备加热的部分也会引入铁杂质，发热体的损坏部分以及表面的氧化层都会有大量的铁质氧化物脱落；隔膜泵、雾化泵是引入润滑油的重要渠道，一旦隔膜损坏，油脂就会进入料浆；进风口滤网的破坏是空气中大量杂质的引入。如果不控制好这些环节，导致大量杂质引入，就会严重影响到电阻片的电性能，因而需多加注意，定期检查设备。

3 结论及建议

为了保证氧化锌的质量满足标准要求，就必须要用0号锌锭去生产电阻片需要的氧化锌原料。JB/T 9670金属氧化物避雷器阀片用氧化锌标准中，杂质含量的技术要求范围过宽，一些指标的规定不符合生产的实际需求，需进行科学合理的修改。其中，建议K、Na含量低于5*1O-6；Fe含量低于10*1O-6；Cd含量低于10*1O-6；Pb含量低于30*1O-6；Cu含量小于1*1O-6。定期检查设备，防止引入氧化锌原料外的杂质。氧化锌中金属锌含量的测试方法由盐酸溶解法改为蒽醌显色法，改进后的方法易于操作及判定，值得在氧化锌原料生产厂家、金属氧化物电阻片生产厂家、压敏电阻生产厂家中推广应用。而且电阻片用氧化锌粉体颗粒形状应接近球状，用激光粒度分析法测定氧化锌粒度，并且粒径范围应控制在0.43～0.55μm间。